JP6718262B2 - 光電変換素子及びこれを用いた光電変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、光電変換素子及びこれを用いた光電変換装置に関する。

色素増感太陽電池などの色素を用いた光電変換装置は、光電変換効率が高く、製造コストが低いなどの利点を持つため注目されている次世代光電変換装置である。

このような色素を用いた光電変換装置は光電変換素子を備えている。光電変換素子は一般に、基板と、基板上に設けられる少なくとも１つの光電変換セルとを備えているが、光電変換素子の中にはさらに基板の周縁部にブチルゴムなどの環状で軟質の接着部を介して固定され、基板との間に少なくとも１つの光電変換セルを配置させるバックシートを有するものもある（下記特許文献１参照）。

一方、光電変換装置としては、光電変換素子を保持する保持部材としての筐体を有するものも知られている。この筐体は一般に、光電変換素子を収容する収容部と、収容部に設けられ、バックシートを押さえて光電変換素子を収容部に固定する固定部とを有する。この場合、筐体の固定部がバックシートを介して接着部を押し付けることになる。

特開２０１４−１９２００８号公報

しかし、上記のように特許文献１に記載の光電変換素子は以下に示す課題を有していた。

すなわち、上記特許文献１に記載の光電変換素子を備える光電変換装置では、筐体の固定部がバックシートを介して接着部を押し付けるため、光電変換装置が高温環境下に置かれると、接着部が軟化し、その結果、バックシートと筐体の固定部との間に隙間が生じる場合があり、その場合には光電変換素子が筐体に対する本来の位置から位置ズレを起こすことが考えられる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、保持部材によって保持されて使用される際に、保持部材に対する位置ズレを十分に抑制できる光電変換素子及びこれを用いた光電変換装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、基板と、前記基板上に設けられる少なくとも１つの光電変換セルと、前記基板の周縁部に環状の接着部を介して固定され、前記基板との間に前記少なくとも１つの光電変換セルを配置させるバックシートと、前記接着部の内側であって前記基板と前記バックシートとの間に設けられ、前記接着部よりも大きいヤング率を有し、保持部材によって前記光電変換セルを保持する際に前記保持部材とともに前記バックシートを挟むための硬質部とを有する光電変換素子であって、前記光電変換セルが、前記基板上に設けられる導電層と、前記導電層に対向し、前記導電層と前記バックシートとの間に配置される対向基板と、前記導電層及び前記対向基板の間に設けられる酸化物半導体層とを有する、光電変換素子である。

この光電変換素子によれば、硬質部は、バックシートと基板とを接着させる接着部よりも大きいヤング率を有している。このため、光電変換素子が保持部材によって保持されて使用される際には、保持部材と接着部とによってバックシートを挟む場合に比べて、バックシートが保持部材と硬質部とによってしっかりと挟まれる。すなわち、光電変換素子が保持部材によって保持されて使用される際には、保持部材によって光電変換素子がしっかりと固定できる。このため、本発明の光電変換素子によれば、保持部材によって保持されて使用される際に、保持部材に対する光電変換素子の位置ズレを十分に抑制できる。

上記光電変換素子においては、前記硬質部が、前記対向基板のうち前記バックシート側の表面上に設けられていることが好ましい。

この場合、硬質部が、対向基板のうちバックシート側の表面上に設けられていない場合、例えば硬質部が、基板上であって光電変換セルの外側領域に設けられている場合に比べると、基板上において、硬質部を設置するための領域を省くことが可能となる。このため、基板の面積を小さくすることができ、光電変換素子をより小型化できる。

上記光電変換素子においては、前記酸化物半導体層の厚さ方向に沿って前記硬質部と前記酸化物半導体層とを見た場合に、前記硬質部と前記酸化物半導体層とが互いに重なり合っていることが好ましい。

この場合、保持部材を、バックシートを介して硬質部に押し付けて対向基板が酸化物半導体層側に撓んだとしても、酸化物半導体層によって対向基板の撓みが十分に抑制される。このため、バックシートを保持部材と硬質部とによってしっかりと挟むことが可能となる。このため、保持部材に対する光電変換素子の位置ズレをより十分に抑制できる。

上記光電変換素子においては、前記接着部の内側であって前記基板と前記バックシートとの間に脱酸素剤が設けられることが好ましい。

この場合、光電変換素子内部に侵入した酸素が脱酸素剤により吸収されるため、酸素による発電性能の低下をより十分に抑制できる。

上記光電変換素子においては、前記バックシートにおいて前記硬質部と接している部分の周囲に凹部が形成されることが好ましい。

この場合、バックシートにおいて硬質部と接している部分の周囲に凹部が形成されていない場合と比べて、バックシート越しに硬質部の位置を把握しやすくなるため、光電変換素子が保持部材によって保持されて使用される際に、バックシートを保持部材と硬質部によってよりしっかりと挟むことが可能となる。

また、本発明は、光電変換素子と、前記光電変換素子を保持する保持部材とを備える光電変換装置であって、前記光電変換素子が、上記光電変換素子で構成され、前記保持部材が、前記基板を固定する第１固定部と、前記バックシートを前記硬質部とともに挟み込む第２固定部とを有する、光電変換装置である。

本発明の光電変換装置によれば、保持部材と接着部とによってバックシートが挟まれる場合に比べて、バックシートが保持部材の第２固定部と硬質部とによってしっかりと挟まれる。すなわち、保持部材の第１固定部と第２固定部とによって光電変換素子がしっかりと固定される。このため、本発明の光電変換装置によれば、保持部材に対する光電変換素子の位置のズレを十分に抑制できる。

上記光電変換装置においては、前記酸化物半導体層の厚さ方向に沿って前記保持部材の前記第２固定部と前記硬質部とを見た場合に、前記硬質部が前記第２固定部と重ならない部分にまで延在していることが好ましい。

この場合、酸化物半導体層の厚さ方向に沿って保持部材の第２固定部と硬質部とを見た場合に、保持部材の第２固定部が硬質部に対して位置ズレしても、バックシートが保持部材の第２固定部と硬質部とによって挟まれた状態を維持することができる。また、硬質部のうち第２固定部側の面積が増えるため、硬質部から光電変換セルに加わる力を分散させることもできる。

本発明によれば、保持部材によって保持されて使用される際に、保持部材に対する位置ズレを十分に抑制できる光電変換素子及びこれを用いた光電変換装置が提供される。

本発明の光電変換装置の第１実施形態を示す平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った切断面端面図である。 図２の光電変換装置に用いる光電変換セルを示す切断面端面図である。 図１の光電変換装置の製造方法の一工程を示す切断面端面図である。 図１の光電変換装置の製造方法の一工程を示す切断面端面図である。 本発明の光電変換装置の第２実施形態を示す平面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った切断面端面図である。 図６の光電変換装置の製造方法の一工程を示す切断面端面図である。 図６の光電変換装置の製造方法の一工程を示す切断面端面図である。 図６の光電変換装置の製造方法の一工程を示す切断面端面図である。 本発明の光電変換装置の第３実施形態を示す切断面端面図である。 本発明の光電変換装置の第４実施形態を示す切断面端面図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の光電変換装置の第１実施形態について図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の光電変換装置の第１実施形態を示す平面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った切断面端面図である。

図１及び図２に示すように、光電変換装置１００は、光電変換素子１１０と、光電変換素子１１０を保持する保持部材としての筐体１２０とを備えている。光電変換素子１１０は、透明基板１１と、透明基板１１上に設けられる光電変換セル７０と、透明基板１１の周縁部に環状の接着部６０を介して固定され、透明基板１１との間に光電変換セル７０を配置させるバックシート９０と、接着部６０の内側であって透明基板１１とバックシート９０との間に設けられ、接着部６０よりも大きいヤング率を有する硬質部８０とを有している。

光電変換セル７０は、透明基板１１上に設けられる電極としての透明導電層１２と、透明導電層１２に対向し、透明導電層１２とバックシート９０との間に配置される対向基板２０と、透明導電層１２及び対向基板２０の間に設けられる酸化物半導体層１３と、透明導電層１２と対向基板２０との間に設けられ、これらを接続する環状の封止部３０と、封止部３０と透明導電層１２と対向基板２０とによって形成されるセル空間に設けられる電解質４０とを有している。酸化物半導体層１３には色素が担持されている。

対向基板２０は対極で構成され、基板と電極を兼ねる導電性基板２１と、導電性基板２１上に設けられる触媒層２２とを有している。

硬質部８０は、筺体１２０とともにバックシート９０を挟むためのものであり、接着部６０の内側であって透明基板１１とバックシート９０との間に設けられている。具体的には、硬質部８０は、対向基板２０のうちバックシート９０側の表面上に設けられている。さらに具体的には、酸化物半導体層１３の厚さ方向に沿って硬質部８０と酸化物半導体層１３とを見た場合に、硬質部８０と酸化物半導体層１３とが互いに重なり合っている。

一方、筐体１２０は、光電変換素子１１０の透明基板１１を固定する第１固定部１２１と、第１固定部１２１に設けられ、バックシート９０を押さえて光電変換素子１１０を第１固定部１２１とともに固定する第２固定部１２２とを有している。第１固定部１２１は、透明基板１１のうち光電変換セル７０と反対側の面に当接される底部１２１ａと、光電変換素子１１０を包囲する側壁部１２１ｂとで構成されている。すなわち、第１固定部１２１は光電変換素子１１０を収容する収容部で構成されている。側壁部１２１ｂの一端（下端）は底部１２１ａに接続され、側壁部１２１ｂの他端（上端）には第２固定部１２２が設けられている。第２固定部１２２と底部１２１ａとの間に光電変換素子１１０が挟まれている。なお、第１固定部１２１の底部１２１ａには、光電変換素子１１０の透明基板１１に光を入射させることができるように開口１２１ｃが形成されている。

そして、バックシート９０が硬質部８０と筐体１２０の第２固定部１２２とによって挟まれている。

さらに本実施形態では、図１に示すように、酸化物半導体層１３の厚さ方向に沿って筐体１２０の第２固定部１２２と硬質部８０とを見た場合に、硬質部８０が第２固定部１２２と重ならない部分にまで延在している。

この光電変換装置１００によれば、硬質部８０は、バックシート９０と透明基板１１とを接着させる接着部６０よりも大きいヤング率を有している。このため、筐体１２０の第２固定部１２２と接着部６０とによってバックシート９０を挟む場合に比べて、バックシート９０が筐体１２０の固定部１２２と硬質部８０とによってしっかりと挟まれる。すなわち、筐体１２０の第２固定部１２２によって光電変換素子１１０が筐体１２０の第１固定部１２１にしっかりと固定される。このため、光電変換装置１００によれば、筐体１２０に対する光電変換素子１１０の位置ズレを十分に抑制できる。

また光電変換装置１００においては、硬質部８０が、対向基板２０のうちバックシート９０側の表面上に設けられている。このため、硬質部８０が、対向基板２０のうちバックシート９０側の表面上に設けられていない場合、例えば硬質部８０が、透明基板１１上であって光電変換セル７０の外側領域に設けられている場合に比べると、透明基板１１上において、硬質部８０を設置するための領域を省くことが可能となる。このため、透明基板１１の面積を小さくすることができ、光電変換素子１１０をより小型化できる。従って、光電変換装置１００をより小型化することができる。

さらに光電変換装置１００においては、酸化物半導体層１３の厚さ方向に沿って硬質部８０と酸化物半導体層１３とを見た場合に、硬質部８０と酸化物半導体層１３とが互いに重なり合っている。このため、筐体１２０の第２固定部１２２を、バックシート９０を介して硬質部８０に押し付けて対向基板２０が酸化物半導体層１３側に撓んだとしても、酸化物半導体層１３によって対向基板２０の撓みが十分に抑制される。このため、バックシート９０が筐体１２０の第２固定部１２２と硬質部８０とによってしっかりと挟まれる。このため、筐体１２０に対する光電変換素子１１０の位置ズレをより十分に抑制できる。

さらにまた光電変換装置１００においては、酸化物半導体層１３の厚さ方向に沿って筐体１２０の第２固定部１２２と硬質部８０とを見た場合に、硬質部８０が第２固定部１２２と重ならない部分にまで延在している。このため、酸化物半導体層１３の厚さ方向に沿って筐体１２０の第２固定部１２２と硬質部８０とを見た場合に、筐体１２０の第２固定部１２２が硬質部８０に対して位置ズレしても、バックシート９０が筐体１２０の第２固定部１２２と硬質部８０とによって挟まれた状態を維持することができる。また、硬質部８０のうち第２固定部１２２側の面積が増えるため、硬質部８０から光電変換セル７０に加わる力を分散させることもできる。

次に、光電変換素子１１０及び筐体１２０について詳細に説明する。

≪光電変換素子≫
光電変換素子１１０は、透明基板１１と、光電変換セル７０と、接着部６０と、バックシート９０と、硬質部８０とを有している。そこで、以下、これらについて詳細に説明する。

＜透明基板＞
透明基板１１を構成する材料は、例えば透明な材料であればよく、このような透明な材料としては、例えばホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、白板ガラス、石英ガラスなどのガラス、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、および、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）などが挙げられる。透明基板１１の厚さは、光電変換素子１００のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば５０〜１００００μｍの範囲にすればよい。

＜光電変換セル＞
光電変換セル７０は、透明導電層１２と、対向基板２０と、酸化物半導体層１３と、封止部３０と、電解質４０と、酸化物半導体層１３に担持される色素とを有している。以下、これらについて詳細に説明する。

（透明導電層）
透明導電層１２を構成する材料としては、例えばスズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、及び、フッ素添加酸化スズ（ＦＴＯ）などの導電性金属酸化物が挙げられる。透明導電層１２は、単層でも、異なる導電性金属酸化物で構成される複数の層の積層体で構成されてもよい。透明導電層１２が単層で構成される場合、透明導電層１２は、高い耐熱性及び耐薬品性を有することから、ＦＴＯで構成されることが好ましい。透明導電層１２の厚さは例えば０．０１〜２μｍの範囲にすればよい。

（対向基板）
対向基板２０は、上述したように、基板と電極を兼ねる導電性基板２１と、触媒層２２とを備える。

導電性基板２１は、例えばチタン、ニッケル、白金、モリブデン、タングステン、アルミニウム、ステンレス等の耐食性の金属材料で構成される。また、導電性基板２１は、基板と電極を分けて、樹脂フィルム上にＩＴＯ、ＦＴＯ等の導電性酸化物からなる導電層を電極として形成した積層体で構成されてもよく、ガラス上にＩＴＯ、ＦＴＯ等の導電性酸化物からなる導電層を形成した積層体でもよい。導電性基板２１の厚さは、光電変換素子１１０のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば０．０１〜４ｍｍとすればよい。

触媒層２２は、白金、炭素系材料又は導電性高分子などから構成される。

（酸化物半導体層）
酸化物半導体層１３は、酸化物半導体粒子で構成されている。酸化物半導体粒子は、例えば酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化タングステン（ＷＯ_３）、酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、又はこれらの２種以上で構成される。酸化物半導体層１３の厚さは、例えば０．１〜１００μｍとすればよい。

（封止部）
封止部３０としては、例えば変性ポリオレフィン樹脂、ビニルアルコール重合体などの熱可塑性樹脂、及び、紫外線硬化樹脂などの樹脂が挙げられる。変性ポリオレフィン樹脂としては、例えばアイオノマー、エチレン−ビニル酢酸無水物共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体およびエチレン−ビニルアルコール共重合体が挙げられる。これらの樹脂は単独で又は２種以上を組み合せて用いることができる。

（電解質）
電解質４０は、酸化還元対と有機溶媒とを含んでいる。有機溶媒としては、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、メトキシプロピオニトリル、プロピオニトリル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、バレロニトリル、ピバロニトリル、などを用いることができる。酸化還元対としては、例えばヨウ化物イオン／ポリヨウ化物イオン（例えばＩ⁻／Ｉ_３ ⁻）、臭化物イオン／ポリ臭化物イオンなどのハロゲン原子を含む酸化還元対のほか、亜鉛錯体、鉄錯体、コバルト錯体などのレドックス対が挙げられる。なお、ヨウ化物イオン／ポリヨウ化物イオンは、ヨウ素（Ｉ_２）と、アニオンとしてのアイオダイド（Ｉ⁻）を含む塩（イオン性液体や固体塩）とによって形成することができる。アニオンとしてアイオダイドを有するイオン性液体を用いる場合には、ヨウ素のみ添加すればよく、有機溶媒や、アニオンとしてアイオダイド以外のイオン性液体を用いる場合には、ＬｉＩやテトラブチルアンモニウムアイオダイドなどのアニオンとしてアイオダイド（Ｉ⁻）を含む塩を添加すればよい。また電解質４０は、有機溶媒に代えて、イオン液体を用いてもよい。イオン液体としては、例えばピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩等の既知のヨウ素塩などが用いられる。このようなヨウ素塩としては、例えば、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムアイオダイド、１−エチル−３−プロピルイミダゾリウムアイオダイド、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムアイオダイド、１，２−ジメチル−３−プロピルイミダゾリウムアイオダイド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムアイオダイド、又は、１−メチル−３−プロピルイミダゾリウムアイオダイドが好適に用いられる。

また、電解質４０は、上記有機溶媒に代えて、上記イオン液体と上記有機溶媒との混合物を用いてもよい。

また電解質４０には添加剤を加えることができる。添加剤としては、１−メチルベンゾイミダゾール（ＮＭＢ）、１−ブチルベンゾイミダゾール（ＮＢＢ）などのベンゾイミダゾール、ＬｉＩ、テトラブチルアンモニウムアイオダイド、４−ｔ−ブチルピリジン、グアニジウムチオシアネートなどが挙げられる。中でも、ベンゾイミダゾールが添加剤として好ましい。

さらに電解質４０としては、上記電解質にＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、カーボンナノチューブなどのナノ粒子を混練してゲル様となった擬固体電解質であるナノコンポジットゲル電解質を用いてもよく、また、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド誘導体、アミノ酸誘導体などの有機系ゲル化剤を用いてゲル化した電解質を用いてもよい。

（色素）
色素としては、例えばビピリジン構造、ターピリジン構造などを含む配位子を有するルテニウム錯体や、ポルフィリン、エオシン、ローダミン、メロシアニンなどの有機色素などの光増感色素や、ハロゲン化鉛系ペロブスカイト結晶などの有機−無機複合色素などが挙げられる。ハロゲン化鉛系ペロブスカイトとしては、例えばＣＨ_３ＮＨ_３ＰｂＸ_３（Ｘ＝Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ）が用いられる。上記色素の中でも、ビピリジン構造又はターピリジン構造を含む配位子を有するルテニウム錯体が好ましい。この場合、光電変換装置１００の光電変換特性をより向上させることができる。なお、色素として、光増感色素を用いる場合には、光電変換装置１００は色素増感光電変換装置となる。

＜接着部＞
接着部６０を構成する材料は、バックシート９０と透明基板１１とを接着し得るものであればよく、接着部６０を構成する材料としては、例えばブチルゴム、ニトリルゴム、熱可塑性樹脂などが挙げられる。これらは単独で又は２種以上を組み合せて用いることができる。接着部６０の厚さは特に制限されるものではないが、例えば３００〜１０００μｍであればよい。

＜バックシート＞
バックシート９０は、耐候性層と、金属層とを含む積層体で構成されている。

耐候性層は、例えばポリエチレンテレフタレート又はポリブチレンテレフタレートで構成されていればよい。耐候性層の厚さは、例えば５０〜３００μｍであればよい。

金属層は、例えばアルミニウムを含む金属材料で構成されていればよい。金属材料は通常、アルミニウム単体で構成されるが、アルミニウムと他の金属との合金であってもよい。他の金属としては、例えば銅、マンガン、亜鉛、マグネシウム、鉛、及び、ビスマスが挙げられる。具体的には、９８％以上の純アルミニウムにその他の金属が微量添加された１０００系アルミニウムが望ましい。これは、この１０００系アルミニウムが、他のアルミニウム合金と比較して、安価で、加工性に優れているためである。金属層の厚さは特に制限されるものではないが、例えば１２〜３０μｍであればよい。

積層体は、さらに樹脂層を含んでいてもよい。樹脂層を構成する材料としては、例えばブチルゴム、ニトリルゴム、熱可塑性樹脂などが挙げられる。これらは単独で又は２種以上を組み合せて用いることができる。樹脂層は、金属層のうち耐候性層と反対側の表面全体に形成されていてもよいし、周縁部にのみ形成されていてもよい。

＜硬質部＞
硬質部８０は、対向基板２０のうち透明導電層１２と反対側の表面に接着されていることが好ましい。この場合、硬質部８０が対向基板２０のうち透明導電層１２と反対側の表面にしっかりと固定されるため、筐体１２０の第２固定部１２２に対する硬質部８０の位置ズレが十分に抑制される。

また硬質部８０は、バックシート９０に接着されていても接着されていなくてもよいが、接着されていないことが好ましい。この場合、光電変換装置１００が高温下に置かれ、対向基板２０とバックシート９０の間の空気が膨張し、バックシート９０が変形した際に、接着した硬質部８０に応力がかかり剥がれてしまうということが起こりにくくなる。

硬質部８０は、接着部６０より大きいヤング率を有するものであればいかなるものでもよい。例えば接着部６０を構成する材料として、ブチルゴム、ニトリルゴム、熱可塑性樹脂などが用いられる場合には、硬質部８０は、ガラス、熱硬化樹脂、セラミックスなどで構成すればよい。

接着部６０のヤング率Ｙ１に対する硬質部８０のヤング率Ｙ２の比（Ｙ２／Ｙ１）は、１より大きければ特に限定されるものではないが、２〜５００００であることが好ましい。

≪筐体≫
次に、筐体１２０について詳細に説明する。

筐体１２０は、第１固定部１２１と、第２固定部１２２とを有する。以下、これらについて詳細に説明する。

＜第１固定部＞
第１固定部１２１は、底部１２１ａと側壁部１２１ｂとによって光電変換素子１１０を収容し得る形状を有していればよい。

第１固定部１２１を構成する材料としては、例えばポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリブチレンテレフタレート、フェノール樹脂、エポキシ樹脂や、アルミニウム等の金属や、セラミックスなどを用いることができる。

＜第２固定部＞
第２固定部１２２は、バックシート９０を介して硬質部８０を押さえ付けることができるものである。このため、硬質部８０が１つのみ存在する場合には、第２固定部１２２も１つのみで構成される。また硬質部８０が３個以上存在する場合には、第２固定部１２２は硬質部８０と同じ数だけ、すなわち３個以上設けられる。第２固定部１２２が３個設けられる場合には、第２固定部１２２は、図１の４つの側壁部１２１ｂのうち３つの側壁部１２１ｂの上端（底部１２１ａと反対側の端部）に設けられる。第２固定部１２２は通常、第１固定部１２１とともに一体成形される。すなわち第２固定部１２２は通常、第１固定部１２１と同一材料で構成される。しかし、第２固定部１２２は第１固定部１２１とは異なる材料で構成されていてもよい。

次に上述した光電変換装置１００の製造方法について、図２〜５を参照しながら説明する。図３は図２の光電変換装置に用いる光電変換セルの切断面端面図、図４及び５は図１の光電変換装置の製造方法の一工程を示す切断面端面図である。

まず図３に示す光電変換セル７０を用意する。次に、図４に示すように光電変換セル７０の対向基板２０の上に硬質部８０を設置する。次に、バックシート９０を用意し、図５に示すように、バックシート９０と透明基板１１とを、環状の接着部６０を介して、空気中、すなわち大気圧下で貼り合わせる。こうして光電変換素子１１０が得られる。

次に、図２に示すように、筐体１２０の第１固定部１２１に上記のようにして得られた光電変換素子１１０を収容し、バックシート９０を硬質部８０と筐体１２０の第２固定部１２２とで挟むことで、光電変換素子１１０が筐体１２０に固定される。

以上のようにして光電変換装置１００が得られる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の光電変換装置の第２実施形態について図６及び図７を参照しながら詳細に説明する。図６は、本発明の光電変換装置の第２実施形態を示す平面図、図７は図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った切断面端面図である。

図６及び図７に示すように、光電変換装置２００は、光電変換素子２１０が以下のように構成されている点で第１実施形態の光電変換装置１００と相違する。すなわち、光電変換素子２１０においては、接着部６０の内側であって、対向基板２１とバックシート９０との間に脱酸素剤２５０がさらに設けられ、バックシート９０において硬質部８０と接している部分９１の周囲に凹部９２が形成されている。

本実施形態の光電変換装置２００において、脱酸素剤２５０の高さは、図７に示すように硬質部８０の高さよりも低くなっている。この場合、第２固定部１２２のうち硬質部８０と接触する部分が平板状であり且つ第２固定部１２２が脱酸素剤２５０に対向するように配置される場合、脱酸素剤２５０の高さが硬質部８０の高さ以上である場合に比べて、第２固定部１２２をより対向基板２０側に近づけることができる。このため、光電変換装置２００をより薄型化することができる。また第２固定部１２２のうち硬質部８０と接触する部分が平板状であり且つ第２固定部１２２が脱酸素剤２５０に対向するように配置される場合、脱酸素剤２５０の高さが硬質部８０の高さ以上である場合に比べて、第２固定部１２２と硬質部８０とによってバックシート９０をしっかりと挟むことができるため、筐体１２０に対する光電変換素子２１０の位置ズレを十分に抑制できる。

本実施形態の光電変換装置２００によれば、光電変換素子２１０において、対向基板２０とバックシート９０との間に侵入した酸素が、脱酸素剤２５０によって吸収されるため、酸素による発電性能の低下をより十分に抑制できる。

次に、脱酸素剤２５０について詳細に説明する。

＜脱酸素剤＞
脱酸素剤２５０は、酸素を吸収するものであれば特に限定されるものではないが、例えば鉄粉や亜鉛粉等の金属粉末、還元処理を施した酸素欠陥を有する無機化合物（二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化セリウム、酸化鉄等）、易酸化性の不飽和有機化合物、またはそれらをポリオレフィン、ポリエステル、ポリウレタン等の樹脂と混練したものなどが挙げられる。これらは単独又は２種以上で構成される。中でも、還元処理を施した酸素欠陥を有する無機化合物をポリオレフィンと混合したものが好ましい。この場合、脱酸素剤２５０の成形が容易で、高い脱酸素性能が得られる。

脱酸素剤２５０を設置する位置は、特に限定されるものではないが、２つの硬質部８０の中間に設けられることが好ましい。この場合、脱酸素剤２５０に応力をかけることなく筺体１２０によって光電変換装置２００をしっかりと固定できる。

次に、上述した光電変換装置２００の製造方法について、図３及び図７〜１０を参照しながら説明する。図８〜１０は、図６の光電変換装置の製造方法の一工程を示す切断面端面図である。

まず図３に示す光電変換セル７０を用意する。次に、図８に示すように、光電変換セル７０の対向基板２０の上に硬質部８０及び脱酸素剤２５０を設置する。このとき、脱酸素剤２５０の高さは硬質部８０の高さよりも低くする。次に、バックシート９０を用意し、図９に示すように、バックシート９０と透明基板１１とを環状の接着部６０を介して、空気中、すなわち大気圧下で貼り合わせる。こうして、バックシート９０と透明基板１１との間の空間を密閉することで、構造体２１１が得られる。

次に、上記のようにして得られた構造体２１１を放置することで、バックシート９０と透明基板１１との間の空間の酸素が脱酸素剤２５０によって吸収され、バックシート９０と透明基板１１との間の空間が減圧される。その結果、バックシート９０のうち硬質部８０の周囲の部分が、対向基板２０側に撓み、図１０に示すように、バックシート９０において硬質部８０に接している部分９１の周囲に凹部９２が形成される。

次に、図７に示すように、筐体１２０の第１固定部１２１に上記の光電変換素子２１０を固定し、バックシート９０を硬質部８０と筐体１２０の第２固定部１２２とで挟むことで、光電変換素子２１０が筐体１２０に固定される。

以上のようにして光電変換装置２００が得られる。

上記の製造方法によれば、バックシート９０において硬質部８０に接している部分９１の周囲に凹部９２が形成されるため、バックシート９０越しに硬質部８０の位置を把握しやすくなる。従って、バックシート９０を筐体１２０の第２固定部１２２と硬質部８０とでよりしっかりと挟むことが可能となり、光電変換素子２１０の筐体１２０に対する位置のズレを十分に抑制できる。また、光電変換装置２００を製造する際に、脱酸素剤２５０が２つの硬質部８０の中間に設けられる場合、２つの硬質部８０の周囲に形成される凹部９２が同形状となり、２つの硬質部８０の位置をより把握しやすくなる。

また、上記製造方法によれば、脱酸素剤２５０の高さが、硬質部８０の高さよりも低いため、バックシート９０の上から硬質部８０の位置をより把握しやすくなる。従って、バックシート９０を筐体１２０の第２固定部１２２と硬質部８０とでよりしっかりと挟むことが可能となり、光電変換素子２１０の筐体１２０に対する位置のズレをより十分に抑制できる。また、脱酸素剤２５０の高さが、硬質部８０の高さよりも低いため、第２固定部１２２と硬質部８０とでバックシート９０を挟み込む際に、脱酸素剤２５０が邪魔になることがない。

さらに、上記の製造方法によれば、空気中、すなわち大気圧下で光電変換装置２００を製造しても、脱酸素剤２５０によって酸素が吸収されるため、酸素による発電性能の低下を抑制できる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、酸化物半導体層１３の厚さ方向に沿って硬質部８０と酸化物半導体層１３とを見た場合に、硬質部８０と酸化物半導体層１３とが互いに重なり合っているが、硬質部８０と酸化物半導体層１３とが必ずしも互いに重なり合っていなくてもよい。例えば図１１に示す光電変換装置３００のように、硬質部８０が透明基板１１上であって光電変換セル７０の外側の領域に設けられていてもよい。

また上記実施形態では、酸化物半導体層１３の厚さ方向に沿って筐体１２０の第２固定部１２２と硬質部８０とを見た場合に、硬質部８０が第２固定部１２２と重ならない部分にまで延在しているが、硬質部８０が第２固定部１２２と重ならない部分にまで延在していなくてもよい。すなわち、硬質部８０の全部が第２固定部１２２と重なっていてもよい。

さらに上記実施形態の光電変換装置１００，２００，３００では、透明導電層１２上に酸化物半導体層１３が設けられているが、酸化物半導体層１３は対向基板２０上に設けられてもよい。但し、この場合、触媒層２２は透明導電層１２上に設けられる。

さらにまた上記実施形態では、対向基板２０が対極で構成されているが、対向基板２０は絶縁性基板で構成されてもよい。但し、この場合は、透明導電層１２と対向基板２０との間に、透明導電層１２側から順次、酸化物半導体層１３、電解質４０を含浸した多孔性の絶縁層、及び対極で構成される積層体が設けられる。

また上記実施形態では、光電変換装置１００，２００，３００が１つの光電変換セル７０のみを有しているが、光電変換装置１００は光電変換セル７０を複数備えていてもよい。ここで、複数の光電変換セル７０は直列に接続されてもよいし、並列に接続されてもよい。

さらに上記実施形態では、第１固定部１２１は、透明基板１１のうち光電変換セル７０と反対側の面に当接される底部１２１ａと、光電変換素子１１０を包囲する側壁部１２１ｂとで構成され、側壁部１２１ｂの一端（下端）が底部１２１ａに接続されることで、第１固定部１２１が光電変換素子１１０，２１０を収容しているが、第１固定部１２１は、光電変換素子１１０，２１０の透明基板１１を固定していればよく、第１固定部１２１において、側壁部１２１ｂは光電変換素子１１０，２１０を包囲していなくてもよい。すなわち、第１固定部１２１は、光電変換素子１１０，２１０を収容する収容部で構成されていなくてもよい。

さらにまた上記第２実施形態では、脱酸素剤２５０の高さが、硬質部８０の高さよりも低くなっているが、脱酸素剤２５０の高さは、硬質部８０の高さ以上であってもよい。

また上記第２実施形態では、硬質部８０と脱酸素剤２５０とが別々に設けられているが、硬質部８０が酸素を吸収する材料を含む場合、すなわち硬質部８０が脱酸素剤２５０を兼ねる場合には、脱酸素剤２５０を省略してもよい。

さらに上記第２実施形態では、接着部６０の内側であって、透明基板１１とバックシート９０の間に乾燥剤がさらに設けられてもよい。ここで、硬質部８０が水分を吸収する材料を含む場合、すなわち硬質部８０が乾燥剤を兼ねる場合には、乾燥剤は省略してもよい。さらに、硬質部８０が水分及び酸素を吸収する材料を含む場合には、脱酸素剤と乾燥剤とを省略してもよい。

さらにまた上記第２実施形態では、光電変換装置２００が空気中、すなわち大気圧下で製造されているが、光電変換装置２００が減圧下で製造されてもよい。この場合、光電変換素子２１０の内部の酸素の量をより十分に減らすことができる。従って、酸素による発電性能の低下をより十分に抑制できる。また、バックシート９０と透明基板１１との間の空間がバックシート９０を貼り合わせる段階で既に減圧されているため、脱酸素剤２５０が酸素を吸収する前から凹部９２が形成される。従って、光電変換装置２００の製造にかかる時間が短縮される。

また上記第１実施形態においても、光電変換装置１００が、空気中、すなわち大気圧下で製造されているが、減圧下で製造されてもよい。この場合、図１２に示す光電変換装置４００のように、光電変換素子１１０において、脱酸素剤２５０がなくても、硬質部８０の周囲に凹部９２が形成されるため、バックシート９０越しに硬質部８０の位置が把握しやすくなる。従って、バックシート９０を筐体１２０の固定部１２２と硬質部８０とでよりしっかりと挟むことが可能となり、減圧下で製造された光電変換装置４００は、光電変換素子１１０の筐体１２０に対する位置のズレをより十分に抑制できる。

１１…透明基板（基板）
１２…透明導電層（導電層）
１３…酸化物半導体層
２０…対向基板
６０…接着部
７０…光電変換セル
８０…硬質部
９０…バックシート
１００，２００，３００，４００…光電変換装置
１１０，２１０…光電変換素子
１２０…筐体
１２１…第１固定部
１２２…第２固定部
２１１…構造体
２５０…脱酸素剤

Claims (6)

1. 基板と、
   前記基板上に設けられる少なくとも１つの光電変換セルと、
   前記基板の周縁部に環状の接着部を介して固定され、前記基板との間に前記少なくとも１つの光電変換セルを配置させるバックシートと、
   前記接着部の内側であって前記基板と前記バックシートとの間に設けられ、前記接着部よりも大きいヤング率を有し、保持部材によって前記光電変換セルを保持する際に前記保持部材とともに前記バックシートを挟むための硬質部とを有する光電変換素子であって、
   前記光電変換セルが、
   前記基板上に設けられる導電層と、
   前記導電層に対向し、前記導電層と前記バックシートとの間に配置される対向基板と、
   前記導電層及び前記対向基板の間に設けられる酸化物半導体層とを有し、前記硬質部が、前記対向基板のうち前記バックシート側の表面上に設けられている、光電変換素子。
2. 前記酸化物半導体層の厚さ方向に沿って前記硬質部と前記酸化物半導体層とを見た場合に、前記硬質部と前記酸化物半導体層とが互いに重なり合っている、請求項１に記載の光電変換素子。
3. 前記接着部の内側であって前記基板と前記バックシートとの間に脱酸素剤が設けられる、請求項１または２に記載の光電変換素子。
4. 前記バックシートにおいて前記硬質部と接している部分の周囲に凹部が形成される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光電変換素子。
5. 光電変換素子と、
   前記光電変換素子を保持する保持部材とを備える光電変換装置であって、
   前記光電変換素子が、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光電変換素子で構成され、
   前記保持部材が、
   前記基板を固定する第１固定部と、
   前記バックシートを前記硬質部とともに挟み込む第２固定部とを有する、光電変換装置。
6. 前記酸化物半導体層の厚さ方向に沿って前記保持部材の前記第２固定部と前記硬質部とを見た場合に、前記硬質部が前記第２固定部と重ならない部分にまで延在している、請求項５に記載の光電変換装置。

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